本文關(guān)鍵詞：陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)的研制

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【摘要】：核磁共振地下水探測(cè)儀器是目前唯一的非侵入式直接地下水探測(cè)儀器，利用獲得的核磁共振信號(hào)可以準(zhǔn)確反演出地下水的含量，深度，孔隙度等重要水文地質(zhì)參數(shù)，這些有益的條件使得核磁共振地下水探測(cè)儀器在近三十年中獲得了飛速的發(fā)展。 吉林大學(xué)于2000年開始進(jìn)行核磁共振地下水探測(cè)儀器的研制，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)五年的努力，研制出了第一臺(tái)核磁共振原理樣機(jī)，并開發(fā)出了相應(yīng)的核磁共振方法反演軟件，在全國很多地方進(jìn)行了測(cè)試和測(cè)量；通過實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)和相應(yīng)的打井資料對(duì)比，證實(shí)了儀器的可靠性及準(zhǔn)確性。隨后同法國研制的NUMIS型商品化核磁共振儀器進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)吉林大學(xué)設(shè)計(jì)的JLMRS-I型核磁共振儀器相對(duì)于NUMIS型核磁共振儀器，在相同的試驗(yàn)環(huán)境下，經(jīng)過較少的疊加次數(shù)就可以達(dá)到相同的信噪比，大大提高了儀器的測(cè)量效率和反演的準(zhǔn)確性。JLMRS-I型核磁共振找水儀最大探測(cè)深度可達(dá)150m，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但是JLMRS-I型核磁共振找水儀只能進(jìn)行一維的核磁共振探測(cè)，對(duì)層狀地下水得出準(zhǔn)確的結(jié)果，對(duì)于中國西南地區(qū)特殊地形下的老空水、巖溶水，只有利用陣列式核磁共振儀器進(jìn)行探測(cè)，利用二維的核磁共振反演方法才能夠得到較準(zhǔn)確的結(jié)果。 本論文中設(shè)計(jì)了陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)，針對(duì)于JLMRS-I型的包絡(luò)采集方法，本設(shè)計(jì)中利用全波采集，克服了包絡(luò)采集數(shù)據(jù)量太少為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和反演解釋帶來的問題；采集卡則利用美國的NI儀器公司設(shè)計(jì)的24bit四通道同步采集卡，它具有較高的采樣精度、靈敏度及可靠性；利用網(wǎng)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的快速上傳；陣列式測(cè)量也為二維的反演解釋及參考消噪方法奠定了硬件基礎(chǔ)，使儀器的測(cè)量效率爬升了一個(gè)臺(tái)階；本系統(tǒng)中放大器的設(shè)計(jì)，加入了低噪聲前置放大器技術(shù)，寬帶低矩形系數(shù)濾波技術(shù)，保證了放大器具有較小的硬件延時(shí)，能夠獲得更加微弱的核磁共振信號(hào)；在儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，利用模塊化的設(shè)計(jì)方法，并對(duì)接口做了相應(yīng)的規(guī)定，保證了模塊調(diào)試的便捷性，利用不銹鋼設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)骨架，在有效的機(jī)械強(qiáng)度下，降低了儀器的重量，在野外工作中節(jié)省了時(shí)間和人力成本。 本論文中設(shè)計(jì)的陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)，前置放大器的本底噪聲為0.7nV/Hz1/2，帶通濾波器的帶寬為1.6kHz，放大器的放大倍數(shù)為66dB~110dB，動(dòng)態(tài)范圍為124.4dB，采集卡的精度為24bit，采樣頻率為25kHz。經(jīng)過室內(nèi)測(cè)試整體放大器的本低噪聲為1.5nV/Hz1/2，四個(gè)通道具有較好的一致性，上位機(jī)控制軟件基于LabView的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，借鑒了JLMRS-I型核磁共振找水儀的通訊協(xié)議格式，，擴(kuò)展了陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)的通訊協(xié)議，完全兼容JLMRS-I型核磁共振找水儀，使JLMRS-I型核磁共振找水儀的發(fā)射系統(tǒng)和該陣列式寬帶全波采集系統(tǒng)能夠配合使用，保證了整體系統(tǒng)的可實(shí)用性。在室內(nèi)及野外測(cè)試中均獲得了較好的核磁共振信號(hào)，驗(yàn)證了該陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)的有效性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：核磁共振 陣列式 全波采集 低噪聲 寬帶
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH763.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-14
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文的研究意義與結(jié)構(gòu)安排12-14
• 1.3.1 本文研究意義12
• 1.3.2 本文結(jié)構(gòu)安排12-14
• 第2章 核磁共振地下水探測(cè)的基本原理及整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)14-20
• 2.1 核磁共振地下水探測(cè)的基本原理14-17
• 2.2 陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)17-19
• 2.3 本章小結(jié)19-20
• 第3章 陣列式寬帶核磁共振全波采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)20-40
• 3.1 信號(hào)調(diào)理模塊設(shè)計(jì)20-34
• 3.1.1 放大器噪聲分析21-23
• 3.1.2 低噪聲前置放大器設(shè)計(jì)23-26
• 3.1.3 線圈匹配電路的設(shè)計(jì)26-29
• 3.1.4 低矩形系數(shù)帶通濾波器設(shè)計(jì)29-32
• 3.1.5 后級(jí)放大器設(shè)計(jì)32-34
• 3.2 電源模塊設(shè)計(jì)34
• 3.3 控制器模塊設(shè)計(jì)34-37
• 3.3.1 ARM 模塊設(shè)計(jì)35
• 3.3.2 CPLD 模塊設(shè)計(jì)35-36
• 3.3.3 RS485 通訊模塊設(shè)計(jì)36-37
• 3.3.4 其余模塊設(shè)計(jì)37
• 3.4 采集模塊設(shè)計(jì)37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第4章 陣列式寬帶全波采集系統(tǒng)控制軟件的編寫40-54
• 4.1 上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)40-50
• 4.1.1 陣列式核磁共振找水儀的通訊協(xié)議40-41
• 4.1.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)41-50
• 4.2 控制器軟件設(shè)計(jì)50-53
• 4.2.1 CPLD 軟件設(shè)計(jì)50-52
• 4.2.2 ARM 軟件設(shè)計(jì)52-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第5章 室內(nèi)測(cè)試及野外試驗(yàn)54-62
• 5.1 室內(nèi)測(cè)試54-60
• 5.1.1 前置放大器短路噪聲測(cè)試54-55
• 5.1.2 帶通濾波器測(cè)試55
• 5.1.3 配諧電容測(cè)試55-56
• 5.1.4 信號(hào)調(diào)理模塊增益標(biāo)定56-57
• 5.1.5 通道一致性測(cè)試57-58
• 5.1.6 采集系統(tǒng)短路噪聲測(cè)試58-59
• 5.1.7 模擬核磁共振信號(hào)測(cè)試59-60
• 5.2 野外測(cè)試60-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 第6章 全文總結(jié)及研究建議62-64
• 6.1 全文總結(jié)62
• 6.2 下一步研究建議62-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的研究成果67-68
• 致謝68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：857631